CN113275733A - 一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法，包括机架、移动平台和电磁脉冲控制模块，机架上设置有用于夹持多流道管件的卡盘，机架上的驱动装置能够驱动卡盘及被卡盘夹持的多流道管件绕卡盘的轴线转动，移动平台和电磁脉冲控制模块分别与机架滑动配合，移动平台上设置有机器人，机器人夹持有摩擦棒，机器人能够驱动摩擦棒紧贴多流道管件的外壁；电磁脉冲控制模块朝向卡盘的一侧固设有顶杆，顶杆靠近卡盘的一端内置有电磁线圈，机架上还设置有能够驱动电磁脉冲控制模块滑动使顶杆与多流道管件紧密贴合的推杆；移动平台上还固设有一竖直的能够夹持增材薄片支架。本发明提高了消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷的效率。

Description

一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法。

背景技术

如图1所示的航空多流道管件，其中a为多流道管件，a1为流道，由于管内流道弯曲复杂，采用传统的方法制造相对困难，粉末3D打印技术由于需要逐层熔覆，易产生气孔、成分偏析等制造缺陷，直接影响了增材构件的力学性能。电磁脉冲焊接增材技术作为一种新型、环保、高效的固相连接技术，在航空航天和汽车行业都具有非常大的应用前景。

为了消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷，专利：一种用于在增材制造工艺中使用冲击焊接成形的方法(ZL201780007332.4)中通过夹断线材的方式减小增材面积，提高增材件的性能，该方法包括提供具有位于护套内的粉末填充金属芯的线材，然后将线材插入具有开口的导管内。之后提供一个能量脉冲(电磁脉冲或激光脉冲)与护套相互作用以夹断线材的一段，其中能量脉冲使段以足够的速度朝向基底推进，粉末填充金属芯焊接至基底；但这种增材方法效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷的效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置，包括机架、移动平台和电磁脉冲控制模块，所述机架上设置有用于夹持多流道管件的卡盘，所述机架上的驱动装置能够驱动所述卡盘及被所述卡盘夹持的多流道管件绕所述卡盘的轴线转动，所述移动平台和所述电磁脉冲控制模块分别与所述机架滑动配合，所述移动平台上设置有机器人，所述机器人夹持有摩擦棒，所述机器人能够驱动所述摩擦棒紧贴所述多流道管件的外壁，所述移动平台位于所述卡盘和所述电磁脉冲控制模块之间；所述电磁脉冲控制模块朝向所述卡盘的一侧固设有顶杆，所述顶杆靠近所述卡盘的一端内置有电磁线圈，所述机架上还设置有能够驱动所述电磁脉冲控制模块滑动使所述顶杆与所述多流道管件紧密贴合的推杆，所述推杆位于所述电磁脉冲控制模块远离所述卡盘的一侧；所述移动平台上还固设有一竖直的支架，所述支架的顶部能够夹持用于对所述多流道管件增材的增材薄片，且被所述支架夹持的所述增材薄片正对所述多流道管件远离所述卡盘的一端。

优选的，所述电磁脉冲控制模块通过滑板与所述机架滑动配合，所述机架上设置有滑轨，所述滑板的底面上对应所述滑轨设置有凹槽，所述滑轨与所述凹槽滑动配合。

优选的，所述滑板靠近所述推杆的一端还固设有推架，所述推杆的伸缩杆的自由端与所述推架固连。

优选的，所述机架对应所述移动平台设置有导轨和丝杆，所述丝杆与所述机架转动配合，所述丝杆与所述移动平台螺纹连接，所述机架上还设置有能够驱动所述丝杆转动的驱动电机，所述移动平台与所述导轨滑动配合。

优选的，所述顶杆正对所述多流道管件，所述电磁线圈电连接有电容和放电电路。

优选的，所述移动平台和所述电磁脉冲控制模块相对所述机架滑动的方向与所述卡盘的轴向相同。

本发明还提供一种航空多流道管件电磁脉冲增材方法，基于上述航空多流道管件电磁脉冲增材装置，包括以下步骤：

(1)首先将待增材的多流道管件夹持在卡盘上；

(2)将增材所用的增材薄片夹持在支架上，使所述增材薄片正对所述多流道管件远离所述卡盘的一端；

(3)根据待增材的所述多流道管件中的流道螺距调整所述增材薄片间流道孔与所述所述多流道管件中的流道的错开角度；

(4)打开电磁线圈的放电开关，通过所述电磁线圈产生的电磁力使所述增材薄片与所述多流道管件之间形成冶金结合，之后驱动所述多流道管件旋转，并通过推杆推动顶杆与所述增材薄片紧密接触，使所述顶杆对所述增材薄片施加旋转摩擦挤压作用；

(5)通过机器人驱动摩擦棒与所述多流道管件增材部位的周向侧壁紧密接触，对所述多流道管件增材部位的周向的余高施加旋转摩擦挤压作用；

(6)重复步骤(2)-(5)，直至将待增材的所述多流道管件增材至设定长度。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法提高了消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷的效率。本发明的航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法通过电磁线圈产生的电磁力实现多流道管件增材，通过顶杆和摩擦棒对管件施加截面和圆周上的旋转摩擦挤压作用，从而消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷，保证增材件性能。电磁脉冲增材效率高、热输入少，增材件组织致密。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多流道管件的结构示意图；

图2为本发明航空多流道管件电磁脉冲增材装置的结构示意图；

图3为本发明航空多流道管件电磁脉冲增材装置的部分结构示意图；

图4为本发明航空多流道管件电磁脉冲增材方法的流程图；

其中：100、航空多流道管件电磁脉冲增材装置；1、机架；2、卡盘；3、多流道管件；4、增材薄片；5、支架；6、移动平台；7、丝杆；8、导轨；9、顶杆；10、电磁脉冲控制模块；11、推杆；111、伸缩杆；12、机器人；13、摩擦棒；14、电磁线圈；15、滑板；16、滑轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2至图3所示：本实施例提供了一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置100，包括机架1、移动平台6和电磁脉冲控制模块10。

其中，机架1上设置有用于夹持多流道管件3的卡盘2，机架1上的驱动装置能够驱动卡盘2及被卡盘2夹持的多流道管件3绕卡盘2的轴线转动，移动平台6和电磁脉冲控制模块10分别与机架1滑动配合。

移动平台6上设置有机器人12，机器人12可以采用型号为ABB IRB1200的多用途小型工业机器人；机器人12夹持有摩擦棒13，机器人12能够驱动摩擦棒13紧贴多流道管件3的外壁，移动平台6位于卡盘2和电磁脉冲控制模块10之间；电磁脉冲控制模块10朝向卡盘2的一侧固设有顶杆9，顶杆9靠近卡盘2的一端内置有电磁线圈14，机架1上还设置有能够驱动电磁脉冲控制模块10滑动使顶杆9与多流道管件3紧密贴合的推杆11，推杆11位于电磁脉冲控制模块10远离卡盘2的一侧；移动平台6上还固设有一竖直的支架5，支架5的顶部能够夹持用于对多流道管件3增材的增材薄片4，且被支架5夹持的增材薄片4正对多流道管件3远离卡盘2的一端。

电磁脉冲控制模块10通过滑板15与机架1滑动配合，机架1上设置有滑轨16，滑板15的底面上对应滑轨16设置有凹槽，滑轨16与凹槽滑动配合。滑板15靠近推杆11的一端还固设有推架，推杆11的伸缩杆111的自由端与推架固连。机架1对应移动平台6设置有导轨8和丝杆7，丝杆7与机架1转动配合，丝杆7与移动平台6螺纹连接，机架1上还设置有能够驱动丝杆7转动的驱动电机，移动平台6与导轨8滑动配合，容易理解的，机架上还设置有用于控制驱动装置和驱动电机的控制开关等常规部件，以实现对卡盘转动、移动平台移动及推杆工作的有效控制。这对于技术人员来说基于现有技术是容易做到的。需要说明的是，移动平台6和电磁脉冲控制模块10相对机架1滑动的方向与卡盘2的轴向相同。

顶杆9正对多流道管件3，电磁线圈14电连接有电容和放电电路，电容和放电电路集成在电磁脉冲控制模块10中，电磁脉冲控制模块10中理应还设置有电源和高压开关等，电磁脉冲成形原理：能量储存在电容中，放电开关瞬间闭合，电容、线圈以及放电电路构成RLC震荡电路，工作线圈中就会有瞬态的大交变电流流过，产生强的交变磁场。根据电磁感应定律和趋肤效应，此磁场会在金属表面产生与线圈电流相反的感应电流，感应电流也会产生感应磁场，阻止线圈的磁场穿透增材薄片4。电磁线圈14与增材薄片4之间产生随时间变化的相互排斥的磁场力，增材薄片4在这种磁场力的作用下高速变形。高压开关闭合后，电容中储存的能量瞬间释放，电磁线圈14中会通过强大的脉冲电流，由于电磁感应，增材薄片4表面形成涡流。在电磁力的作用下，增材薄片4高速撞向带增材的多流道管件3，碰撞力可达到GPa，使两增材薄片4表层原子紧密接触达到冶金结合。电磁脉冲在实现两板件之间的冶金结合时，由于速度快，难免会在结合界面处产生局部未熔合区域，因此通过旋转摩擦挤压来产生局部塑化变形，消除未熔合区。

如图4所示，本实施例还提供一种航空多流道管件3电磁脉冲增材方法，航空多流道管件电磁脉冲增材装置100，包括以下步骤：

(1)首先将待增材的多流道管件3夹持在卡盘2上，需要说明的是，在待增材的多流道管件3的长度足够短时，其有可能是一个初始的增材薄片与增材所用的增材薄片4的结构相同；

(2)增材所用的增材薄片4夹持在支架5上，使所述增材薄片4正对所述多流道管件3远离所述卡盘2的一端；

(3)根据待增材的所述多流道管件3中的流道螺距调整所述增材薄片4间流道孔与所述所述多流道管件3中的流道的错开角度，即图4中所示的S1；

(4)打开电磁线圈14的放电开关，通过所述电磁线圈14产生的电磁力使所述增材薄片4与所述多流道管件3之间形成冶金结合，即图4中所示的S2；之后驱动所述多流道管件3旋转，并通过推杆11推动顶杆9与所述增材薄片4紧密接触，使所述顶杆9对所述增材薄片4施加旋转摩擦挤压作用，即图4中所示的S3，消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷，保证增材件组织致密性；

(5)通过机器人12驱动摩擦棒13与所述多流道管件3增材部位的周向侧壁紧密接触，对所述多流道管件3增材部位的周向的余高施加旋转摩擦挤压作用，即图4中所示的S4，提高增材管件的抗疲劳性能；

(6)重复步骤(2)-(5)，即图4中所示的S1-S4，依次增材多个增材薄片4，直至将待增材的所述多流道管件3增材至设定长度。

本实施例航空多流道管件3电磁增材装置及方法，扩展了电磁脉冲焊接的应用范围；通过电磁线圈14产生的电磁力实现多流道管件3增材，通过顶杆9和摩擦棒13对管件施加截面和圆周上的旋转摩擦挤压作用，从而消除电磁脉冲增材界面处的微裂纹、空洞等缺陷，保证增材件性能；电磁脉冲增材效率高、热输入少，增材件组织致密。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于：包括机架、移动平台和电磁脉冲控制模块，所述机架上设置有用于夹持多流道管件的卡盘，所述机架上的驱动装置能够驱动所述卡盘及被所述卡盘夹持的多流道管件绕所述卡盘的轴线转动，所述移动平台和所述电磁脉冲控制模块分别与所述机架滑动配合，所述移动平台上设置有机器人，所述机器人夹持有摩擦棒，所述机器人能够驱动所述摩擦棒紧贴所述多流道管件的外壁，所述移动平台位于所述卡盘和所述电磁脉冲控制模块之间；所述电磁脉冲控制模块朝向所述卡盘的一侧固设有顶杆，所述顶杆靠近所述卡盘的一端内置有电磁线圈，所述机架上还设置有能够驱动所述电磁脉冲控制模块滑动使所述顶杆与所述多流道管件紧密贴合的推杆，所述推杆位于所述电磁脉冲控制模块远离所述卡盘的一侧；所述移动平台上还固设有一竖直的支架，所述支架的顶部能够夹持用于对所述多流道管件增材的增材薄片，且被所述支架夹持的所述增材薄片正对所述多流道管件远离所述卡盘的一端。

2.根据权利要求1所述的航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于：所述电磁脉冲控制模块通过滑板与所述机架滑动配合，所述机架上设置有滑轨，所述滑板的底面上对应所述滑轨设置有凹槽，所述滑轨与所述凹槽滑动配合。

3.根据权利要求2所述的航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于：所述滑板靠近所述推杆的一端还固设有推架，所述推杆的伸缩杆的自由端与所述推架固连。

4.根据权利要求3所述的航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于：所述机架对应所述移动平台设置有导轨和丝杆，所述丝杆与所述机架转动配合，所述丝杆与所述移动平台螺纹连接，所述机架上还设置有能够驱动所述丝杆转动的驱动电机，所述移动平台与所述导轨滑动配合。

5.根据权利要求1所述的航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于：所述顶杆正对所述多流道管件，所述电磁线圈电连接有电容和放电电路。

6.根据权利要求1所述的航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于：所述移动平台和所述电磁脉冲控制模块相对所述机架滑动的方向与所述卡盘的轴向相同。

7.一种航空多流道管件电磁脉冲增材方法，基于权利要求1-6任意一项所述的航空多流道管件电磁脉冲增材装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先将待增材的多流道管件夹持在卡盘上；

(2)将增材所用的增材薄片夹持在支架上，使所述增材薄片正对所述多流道管件远离所述卡盘的一端；

(3)根据待增材的所述多流道管件中的流道螺距调整所述增材薄片间流道孔与所述所述多流道管件中的流道的错开角度；

(4)打开电磁线圈的放电开关，通过所述电磁线圈产生的电磁力使所述增材薄片与所述多流道管件之间形成冶金结合，之后驱动所述多流道管件旋转，并通过推杆推动顶杆与所述增材薄片紧密接触，使所述顶杆对所述增材薄片施加旋转摩擦挤压作用；

(5)通过机器人驱动摩擦棒与所述多流道管件增材部位的周向侧壁紧密接触，对所述多流道管件增材部位的周向的余高施加旋转摩擦挤压作用；

(6)重复步骤(2)-(5)，直至将待增材的所述多流道管件增材至设定长度。

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